第3章 數(shù)字音頻處理技術(shù)

3.1聲音的概述

3.1.1聲音的定義

3.1.2聲音的特點(diǎn)3.2數(shù)字化音頻

3.2.1數(shù)字音頻基本概念

3.2.2數(shù)字音頻音質(zhì)技術(shù)指標(biāo)

3.2.3數(shù)字音頻存儲(chǔ)量

3.2.4數(shù)字音頻文件格式

3.2.5數(shù)字音頻處理

3.2.6音頻信號(hào)的特點(diǎn)3.3聲卡與音箱

3.3.1聲卡

3.3.2音箱

第3章數(shù)字音頻處理技術(shù)3.4MIDI技術(shù)

3.4.1何謂MIDI技術(shù)

3.4.2MIDI聲音特點(diǎn)

3.4.3MIDI規(guī)范

3.4.4MIDI合成方式

3.4.5MIDI音樂制作系統(tǒng)

3.4.6常用MIDI音樂制作軟件3.5數(shù)字音頻的采集、編輯和轉(zhuǎn)換

3.5.1Windows錄音機(jī)的使用

3.5.2數(shù)字音頻的采集方式

3.5.3使用GoldWave編輯數(shù)字音頻

3.5.4數(shù)字音頻的轉(zhuǎn)換?聲音的概述?數(shù)字化音頻?聲卡與音箱?

MIDI技術(shù)?數(shù)字音頻的采集、編輯和轉(zhuǎn)換教學(xué)進(jìn)程本章要點(diǎn)：3.1聲音的概述

聲音（Sound）是通過一定介質(zhì)（如空氣、水等）傳播的連續(xù)波，在物理學(xué)中稱為聲波。聲音是振動(dòng)的波，是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。

3.1.1聲音的定義教學(xué)進(jìn)程聲波的振幅通常是指音量，它是聲波波形的高低幅度，表示聲音信號(hào)的強(qiáng)弱程度。

(1)振幅(Ampliade)

聲音信號(hào)的周期是指兩個(gè)相鄰聲波之間的時(shí)間長(zhǎng)度，即重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔，以秒（s）為單位。

(2)周期(Period)

聲音信號(hào)的頻率是指每秒鐘信號(hào)變化的次數(shù)，即為周期的倒數(shù)，以赫茲（Hz）為單位。

(3)頻率(Frequency)

聲音的傳播方式

聲音依靠介質(zhì)（空氣、液體、固體）的振動(dòng)進(jìn)行傳播。聲源是一個(gè)振蕩源，它使周圍的介質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)，并以波的形式進(jìn)行傳播。人耳感覺到這種傳播過來的振動(dòng)，再反映到大腦，就聽到了聲音。聲音在不同的介質(zhì)中傳播，其傳播的速度和衰減的速率是不一樣的，這兩個(gè)因素導(dǎo)致了聲音在不同的介質(zhì)中傳播的距離不同。

3.1.2聲音的特點(diǎn)1教學(xué)進(jìn)程聲音的頻率范圍

不同的聲音有不同的頻率范圍。聲音按頻率可分為3種：次聲波、可聽聲波和超聲波。人耳只能聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，聽不到低于20Hz和高于20kHz的聲音。低于20Hz的為次聲波，高于20kHz的為超聲波。人的發(fā)聲器官發(fā)出的聲音頻率是80~3400Hz，但人說話的聲音信號(hào)頻率通常為300Hz~3kHz，把在這種頻率范圍內(nèi)的信號(hào)稱為語音信號(hào)。2不同聲音的不同頻率范圍教學(xué)進(jìn)程次聲波人耳可聽域超聲波

<20Hz20~20000Hz>20000Hz常見的聲源及其頻率范圍

教學(xué)進(jìn)程聲音的傳播方向

聲音以振動(dòng)的形式從聲源向四周傳播。從聲源直接到達(dá)人類聽覺器官的聲音是“直達(dá)聲”。直達(dá)聲的方向辨別非常容易。但是，在現(xiàn)實(shí)生活中，森林、海洋、建筑、地貌和景物等存在于我們周圍，聲音從聲源發(fā)出后，經(jīng)過多次反射才能被人們聽到，這就是“反射聲”。

3“直達(dá)聲”與“反射聲”示意圖聲音的三要素

4教學(xué)進(jìn)程(1)音調(diào)

音調(diào)即聲音的高低，與頻率有關(guān)。頻率越高，音調(diào)越高，反之亦然。在使用音頻處理軟件對(duì)聲音的頻率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，其音調(diào)會(huì)隨之變化。不同的聲源有它自己特定的音調(diào)，如果改變了聲源的音調(diào)，那么聲音會(huì)發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變，使人們無法辨別聲源本來的面目。

(2)音強(qiáng)

音強(qiáng)即聲音的響亮程度（或音量），與振幅相關(guān)，取決于聲波信號(hào)的強(qiáng)弱程度。音強(qiáng)與聲波振幅成正比，振幅越大，強(qiáng)度越大，反之亦然。唱盤、CD盤以及其他形式的聲音載體中的音強(qiáng)是一定的，通過播放設(shè)備的音量控制，可以改變聆聽時(shí)的強(qiáng)度。如果想改變?cè)悸曇舻囊魪?qiáng)，可以在聲音數(shù)字化以后，使用音頻處理軟件提高音強(qiáng)。(3)音色

教學(xué)進(jìn)程音色指聲音的感覺特性，與波形相關(guān)，影響聲音感覺特色的因素是復(fù)音。所謂“復(fù)音”是指具有不同頻率和不同振幅的混合聲音，自然聲中大部分是復(fù)音。在復(fù)音中，最低頻率是“基音”，它是聲音的基調(diào)；其他頻率的聲音稱為“諧音（泛音）”。

聲音的主要性質(zhì)

5●連續(xù)性：在時(shí)間軸上是連續(xù)信號(hào)，具有連續(xù)性和過程性?！裣嚓P(guān)性：構(gòu)成聲音的數(shù)據(jù)，前后之間具有強(qiáng)烈的相關(guān)性。

●實(shí)時(shí)性：對(duì)處理聲音的計(jì)算機(jī)硬件和軟件提出很高要求。

教學(xué)進(jìn)程3.2數(shù)字化音頻模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

從模擬信號(hào)過渡到數(shù)字信號(hào)

回顧歷史，大多數(shù)電信號(hào)的處理一直是用模擬元部件(如晶體管、變壓器、電阻、電容等)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。但是，開發(fā)一個(gè)具有相當(dāng)精度、且?guī)缀醪皇墉h(huán)境變化影響的模擬信號(hào)處理元部件是相當(dāng)困難的，而且成本也很高。如果把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，用數(shù)字來表示模擬量，對(duì)數(shù)字信號(hào)做計(jì)算，那么難點(diǎn)就發(fā)生了轉(zhuǎn)移。把開發(fā)模擬運(yùn)算部件的問題轉(zhuǎn)變成開發(fā)數(shù)字運(yùn)算部件的問題，這就出現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理器(digitalsignalprocessor,DSP)。DSP與通用微處理器相比，除了它們的結(jié)構(gòu)不同外，其基本差別是，DSP有能力響應(yīng)和處理采樣模擬信號(hào)得到的數(shù)據(jù)流，如做乘法和累加求和運(yùn)算。

教學(xué)進(jìn)程3.2數(shù)字化音頻模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

從模擬信號(hào)過渡到數(shù)字信號(hào)

在數(shù)字域而不在模擬域中做信號(hào)處理的主要優(yōu)點(diǎn)是：首先，數(shù)字信號(hào)計(jì)算是一種精確的運(yùn)算方法，它不受時(shí)間和環(huán)境變化的影響；其次，表示部件的數(shù)學(xué)運(yùn)算不是物理上實(shí)現(xiàn)的功能部件，而是僅用數(shù)學(xué)運(yùn)算去模擬，其中的數(shù)學(xué)運(yùn)算也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)；此外，可以對(duì)數(shù)字運(yùn)算不見進(jìn)行編程，如欲改變算法或改變某些功能，還可對(duì)數(shù)字部件進(jìn)行再編程。

教學(xué)進(jìn)程3.2數(shù)字化音頻模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

話音信號(hào)是典型的連續(xù)信號(hào)，不僅在時(shí)間上是連續(xù)的，而且在幅度上也是連續(xù)的。在時(shí)間上“連續(xù)”是指在一個(gè)指定的時(shí)間范圍里聲音信號(hào)的幅值有無窮多個(gè)，在幅度上“連續(xù)”是指幅度的數(shù)值有無窮多個(gè)。我們把在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。

在某些特定的時(shí)刻對(duì)這種模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫做采樣(sampling)，由這些特定時(shí)刻采樣得到的信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)。采樣得到的幅值是無窮多個(gè)實(shí)數(shù)值中的一個(gè)，因此幅度還是連續(xù)的。如果把信號(hào)幅度取值的數(shù)目加以限定，這種由有限個(gè)數(shù)值組成的信號(hào)就稱為離散幅度信號(hào)。例如，假設(shè)輸入電壓的范圍是0.0V-0.7V,并假設(shè)它的取值只限定在0,0.1,0.2…,0.7共8個(gè)值。如果采樣得到的幅度值是0.123V，它的取值就應(yīng)算作0.1V，如果采樣得到的幅度值是0.26V，它的取值就算作0.3，這種數(shù)值就稱為離散數(shù)值。我們把時(shí)間和幅度都用離散的數(shù)字表示的信號(hào)就稱為數(shù)字信號(hào)。教學(xué)進(jìn)程3.2數(shù)字化音頻3.2.1數(shù)字音頻基本概念

聲音的數(shù)字化過程

采樣

聲音采樣的基本原理是：首先輸入模擬聲音信號(hào)，然后按照固定的時(shí)間間隔截取該信號(hào)的振幅值，每個(gè)波形周期內(nèi)截取兩次，以取得正、負(fù)想的振幅值。該振幅值采用若干位二進(jìn)制數(shù)表示，從而將模擬聲音信號(hào)變成數(shù)字音頻信號(hào)。模擬聲音信號(hào)是連續(xù)的，而數(shù)字音頻信號(hào)是離散的。將聲音信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行離散化處理，即每隔相等的一段時(shí)間在聲音信號(hào)波形曲線上采集一個(gè)信號(hào)樣本。

教學(xué)進(jìn)程3.2數(shù)字化音頻3.2.1數(shù)字音頻基本概念

量化

對(duì)采樣后的聲音信號(hào)的振幅值進(jìn)行離散化處理。如果幅度的劃分是等間隔的，就稱為線性量化，否則就稱為非線性量化。

編碼

將采樣和量化后的數(shù)字化聲音信息以二進(jìn)制形式并按照一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行表示，這個(gè)過程稱為編碼。

采樣頻率

1采樣頻率又稱取樣頻率，它是指將模擬聲音波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻時(shí)，每秒鐘所抽取聲波幅度樣本的次數(shù)。采樣頻率的高低是根據(jù)奈奎斯特理論(Nyquisttheory)和聲音信號(hào)本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出：采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù)字表達(dá)的聲音還原為原來的聲音，這叫做無損數(shù)字化(losslessdigitization)。你可以這樣來理解奈奎斯特理論：聲音信號(hào)可以看成由許許多多正玄波組成的，一個(gè)振幅為A、頻率為f的正炫波至少需要兩個(gè)采樣樣本表示，因此，如果一個(gè)信號(hào)中的最高頻率為f,采樣頻率最低要選擇2f。例如：電話話音的信號(hào)頻率約為3.4kHz,采樣頻率就選為8kHz。教學(xué)進(jìn)程3.2.2數(shù)字音頻音質(zhì)技術(shù)指標(biāo)

教學(xué)進(jìn)程3.2.2數(shù)字音頻音質(zhì)技術(shù)指標(biāo)

量化位數(shù)

2量化位數(shù)又稱取樣大小，它是每個(gè)采樣點(diǎn)能夠表示的數(shù)據(jù)范圍。量化位數(shù)的大小決定了聲音的動(dòng)態(tài)范圍，即被記錄和重放的聲音最高與最低之間的差值。

聲道數(shù)

3聲道數(shù)是指所使用的聲音的通道個(gè)數(shù)，它表明聲音一次同時(shí)產(chǎn)生的聲波組數(shù)。聲音的聲道數(shù)也是技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，從單聲道到環(huán)繞立體聲，聲音的質(zhì)量越來越好，但是同時(shí)增加了對(duì)存儲(chǔ)和傳輸媒體的要求。

(1)單聲道

教學(xué)進(jìn)程單聲道是比較原始的聲音復(fù)制形式，早期的音頻卡采用的比較普遍。當(dāng)通過兩個(gè)揚(yáng)聲器回放單聲道信息的時(shí)候，可以明顯感覺到聲音是從兩個(gè)音箱中間傳遞到耳朵里的。(2)立體聲

立體聲又稱為雙聲道。單聲道缺乏對(duì)聲音的位置定位，而立體聲技術(shù)則徹底改變了這一狀況。聲音在錄制過程中被分配到兩個(gè)獨(dú)立的聲道，從而達(dá)到了很好的聲音定位效果。(3)準(zhǔn)立體聲

準(zhǔn)立體聲指的是在錄制聲音的時(shí)候采用單聲道，而放音有時(shí)是立體聲，有時(shí)是單聲道。(4)四聲道環(huán)繞教學(xué)進(jìn)程準(zhǔn)立體聲指的是在錄制聲音的時(shí)候采用單聲道，而放音有時(shí)是立體聲，有時(shí)是單聲道。(5)5.1聲道

5.1聲音系統(tǒng)來源于4.1環(huán)繞，不同之處在于它增加了一個(gè)中置單元。這個(gè)中置單元負(fù)責(zé)傳送低于80Hz的聲音信號(hào)，在欣賞影片時(shí)有利于加強(qiáng)人聲，把對(duì)話集中在整個(gè)聲場(chǎng)的中部，以增加整體效果。

(6)7.1聲道

是在5.1的基礎(chǔ)上又增加了中左和中右兩個(gè)發(fā)音點(diǎn)，以求達(dá)到更加完美的境界。

編碼算法

4音頻數(shù)據(jù)壓縮比的表達(dá)式教學(xué)進(jìn)程音頻數(shù)據(jù)壓縮比=壓縮后的音頻數(shù)據(jù)壓縮前的音頻數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)率及數(shù)據(jù)文件格式5數(shù)據(jù)率為每秒位數(shù)，它與信息在計(jì)算機(jī)中的實(shí)時(shí)傳輸有直接關(guān)系，而其總數(shù)據(jù)量又與計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間有直接關(guān)系。用數(shù)字音頻產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一般以WAVE的文件格式存儲(chǔ)，以“.WAV”作為文件擴(kuò)展名。編碼作用：一方面是采用一定的格式來記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，另一方面是采用一定的算法來壓縮數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以減少存儲(chǔ)空間和提高傳輸效率。壓縮比越大，信息丟失越多，信號(hào)還原后失真越大。教學(xué)進(jìn)程數(shù)據(jù)量=采樣頻率×（量化位數(shù)/8）×聲道數(shù)×聲音持續(xù)時(shí)間3.2.3數(shù)字音頻存儲(chǔ)量例3-1

對(duì)于調(diào)頻廣播級(jí)立體聲，采樣頻率為44.1kHz，量化等級(jí)為16位（即2字節(jié)）聲道形式為雙聲道，則轉(zhuǎn)換后每秒以千字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)量為：

44100（Hz）×（16/8）（B）×2=176400B/s≈172kB/s例3-2

用44.1kHz的采樣頻率對(duì)聲波進(jìn)行采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)的量化位數(shù)選用16位，則錄制3分鐘的立體聲節(jié)目，其波形文件所需的存儲(chǔ)容量為：44100（Hz）×（16/8）（B）×2×3×60=31752000B/s≈31007.8kB/s≈30.28MB/s教學(xué)進(jìn)程3.2.3數(shù)字音頻存儲(chǔ)量例3-3

用44.1kHz的采樣頻率對(duì)聲波進(jìn)行采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)的量化位數(shù)選用16位，則錄制5分鐘的單聲道節(jié)目，其波形文件所需的存儲(chǔ)容量為：44100（Hz）×（16/8）（B）×1×5×60=26460000B/s≈26460kB/s≈26.46MB/s數(shù)據(jù)的采樣頻率和量化位數(shù)是影響數(shù)據(jù)的兩個(gè)因素。提高采樣頻率和增加量化位數(shù)將使相應(yīng)的數(shù)據(jù)量大大增加，給聲音信號(hào)的存儲(chǔ)與傳輸帶來困難，這就需要在聲音的質(zhì)量與數(shù)據(jù)量之間作出恰當(dāng)?shù)倪x擇。數(shù)字音頻等級(jí)

教學(xué)進(jìn)程采樣頻率/kHz量化位數(shù)/bit聲道數(shù)每分鐘的數(shù)據(jù)量/MB（無壓縮）等效音質(zhì)11.0258單聲道0.63語音22.0516雙聲道5.05FM廣播44.116雙聲道10.09CD唱盤常用的采樣指標(biāo)及等效音質(zhì)信號(hào)類型頻率范圍/Hz采樣率/kHz量化位數(shù)/bit電話話音200~340088寬帶音頻50~70001616調(diào)頻廣播20~1500037.816高質(zhì)量音頻20~2000044.116教學(xué)進(jìn)程3.2.4數(shù)字音頻文件格式

如同存儲(chǔ)文本文件一樣，存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)也需要有存儲(chǔ)格式。在因特網(wǎng)上和各種機(jī)器上運(yùn)行的聲音文件格式很多，但目前比較流行的有以.wav(waveform),.au(audio),.aiff(audiointerchangeablefileformat)和.snd(sound)為擴(kuò)展名的文件格式。.wav格式主要用在PC上，.au主要用在Unix工作站上，.aiff和snd主要用在蘋果機(jī)和美國(guó)視算科技有限公司(SiliconGraphics,Inc.,SGI)的工作站上。

聲音文件的存儲(chǔ)

教學(xué)進(jìn)程3.2.4數(shù)字音頻文件格式

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)是以文件的形式保存在計(jì)算機(jī)里。數(shù)字音頻的文件格式主要有WAV、MP3、WMA、MIDI、VOC、PCM、RA、CDA等。

WAV文件

1

WAV（Wave）文件，又名波形文件，擴(kuò)展名為.WAV這是Windows本身存放數(shù)字聲音的標(biāo)準(zhǔn)格式，幾乎所有的音頻處理軟件都支持WAV格式。MP3文件

2

MP3（MPEGAudio-3）是現(xiàn)在最流行的聲音文件格式，其擴(kuò)展名為.MP3，它是采用MPEG標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)壓縮編碼中層Ⅲ技術(shù)壓縮之后的數(shù)字音頻文件，MP3格式壓縮音樂的典型比例有10:1、17:1，甚至70:l

。教學(xué)進(jìn)程WMA文件

3微軟的WindowsMediaAudio7是一種壓縮的離散文件或流式文件，其文件擴(kuò)展名是.WMA，WMA（WindowsMediaAudio）相對(duì)于MP3的主要優(yōu)點(diǎn)是在較低的采樣頻率下保持良好的音質(zhì)。MIDI文件

4樂器數(shù)字接口MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是由世界上主要電子樂器制造廠商建立的一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)定計(jì)算機(jī)音樂程序、電子合成器和其他電子設(shè)備之間交換信息與控制信號(hào)的方法。VOC文件

5

VOC（CreativeVoice）文件是Creative公司波形音頻文件格式，也是聲霸卡使用的音頻文件格式。每個(gè)VOC文件由文件頭塊（HeaderBlock）和音頻數(shù)據(jù)塊（DataBlock）組成。

教學(xué)進(jìn)程RA文件

7

RA（RealAudio）是Realnetworks推出的一種音樂壓縮格式，其壓縮比可以達(dá)到96:1，其最大特點(diǎn)是可以采用流媒體的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)時(shí)播放，即邊下載邊播放。該文件擴(kuò)展名是.RA。

CDA文件8

CDA（CDAudio）又稱為CD音樂，其擴(kuò)展名為.CDA，是標(biāo)準(zhǔn)的激光盤文件。它是唱片采用的格式，又叫“紅皮書”格式，記錄的是波形流，該文件的特點(diǎn)是音質(zhì)好，絕對(duì)純正，但缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，無法編輯。

PCM文件

6

PCM（PulseCodeModulation）文件是模擬的音頻信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）直接形成的二進(jìn)制數(shù)字序列，該文件沒有附加的文件頭和文件結(jié)束標(biāo)志。教學(xué)進(jìn)程3.2.5數(shù)字音頻處理

基本編輯

1聲道編輯

2淡入淡出

3均衡混響

4最基本的編輯是刪除聲音文件中不需要的聲音片段，一般的方法是確定片段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，把它刪掉。可以將單聲道的聲音變成雙聲道的聲音。聲音從無到有，逐漸增強(qiáng)，直到正常，有逐漸走近的效果。均衡控制指對(duì)不同頻段的聲音音量的調(diào)整，可以使聲音產(chǎn)生清脆，低沉，柔和等效果。教學(xué)進(jìn)程3.2.6音頻信號(hào)的特點(diǎn)音頻信號(hào)處理特點(diǎn)

1音頻信號(hào)是依賴時(shí)間的連續(xù)媒體，因此，音頻處理的時(shí)序性要求很高。如果在時(shí)間上有25ms的延遲，人就會(huì)感到斷續(xù)。對(duì)語音信號(hào)的處理，不僅是信號(hào)處理問題，還要抽取語意等其他信息；可能還會(huì)涉及到語言學(xué)、社會(huì)學(xué)、聲學(xué)等。

音頻信號(hào)分為兩類：語音信號(hào)與非語音信號(hào)。非語音信號(hào)又可分為音樂和雜音。非語音信號(hào)的特點(diǎn)是不具有復(fù)雜的語義和語法信息，信息量低，識(shí)別簡(jiǎn)單。語音是語言的物質(zhì)外殼。教學(xué)進(jìn)程音頻信號(hào)相應(yīng)處理

2(1)人與計(jì)算機(jī)通信

相應(yīng)處理：音頻獲取，包括比如語音識(shí)別與理解。(2)計(jì)算機(jī)與人通信

相應(yīng)處理：音頻合成，包括音樂合成和語音合成；聲音定位，包括立體聲模擬，音頻/視頻同步，其目的是讓計(jì)算機(jī)產(chǎn)生真實(shí)感聲音。

(3)人——計(jì)算機(jī)——人通信相應(yīng)處理：人通過網(wǎng)絡(luò)，與處于異地的人進(jìn)行語音通信，需要的音頻處理包括：語音采集、音頻編碼/解碼、音頻傳輸?shù)?。音頻編/解碼技術(shù)是信道利用率的關(guān)鍵。

教學(xué)進(jìn)程3.3聲卡與音箱

3.3.1聲卡聲音適配器主機(jī)箱主板音箱音頻信號(hào)數(shù)字信號(hào)音箱●作用:數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間的雙向轉(zhuǎn)換●單板(輸出功率大，抗干擾，音質(zhì)好)●主板集成(易受干擾，性能指標(biāo)比單板略差)●

采樣模式

16bit~24bit●

音頻輸出模式：2STEREO5.1STEREO聲卡的功能

1教學(xué)進(jìn)程(1)錄制與播放

通過聲卡，人們可將外部的聲音信號(hào)錄入計(jì)算機(jī)，并以文件形式保存，需要時(shí)只需調(diào)出相應(yīng)的聲音播放即可。(2)編輯與音樂合成

對(duì)聲音文件進(jìn)行多種特技效果的處理，音樂合成功能和性能主要依賴于合成芯片。教學(xué)進(jìn)程(3)各種接口

MIDI接口：外部電子樂器與計(jì)算機(jī)之間的通信。CD-ROM：各種各樣的。游戲棒接口：(4)文語轉(zhuǎn)換和語音識(shí)別

對(duì)聲音文件進(jìn)行多種特技效果的處理，音樂合成功能和性能主要依賴于合成芯片。教學(xué)進(jìn)程聲卡的組成原理

2教學(xué)進(jìn)程聲卡的組成原理

2聲卡是將話筒或線性輸入的聲音信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，送往混音器中放大，最后輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。聲卡的核心器件是數(shù)字音頻處理芯片和音樂合成器，他們決定了聲卡的性能優(yōu)劣。教學(xué)進(jìn)程聲卡的結(jié)構(gòu)體系

3教學(xué)進(jìn)程聲卡的分類

4聲卡的分類主要根據(jù)數(shù)據(jù)采樣量化的位數(shù)來分，通常分為8位、16位和32位幾種類型，位數(shù)越高取樣頻率越高，量化精度越高，音質(zhì)就越好。

聲卡的性能指標(biāo)

5(1)采樣和量化能力

采樣頻率一般有3種標(biāo)準(zhǔn)：11.025kHz（語音等級(jí)）、22.05kHz（音樂等級(jí)）、44.1kH。（高保真效果等級(jí)）。采樣頻率的高低直接影響聲卡的頻率響應(yīng)范圍。量化位數(shù)通常有兩種標(biāo)準(zhǔn)：8位和16位。對(duì)于語音信號(hào)，8位量化位數(shù)基本可以滿足要求；但是對(duì)于音量幅度變化很大的交響樂，就需要16位量化音頻質(zhì)量。教學(xué)進(jìn)程(2)芯片類型

采用什么樣的核心器件是決定聲卡性能高低的主要因素。

(3)總線類型

聲卡依其與計(jì)算機(jī)的連接方式不同，分為ISA總線、PCI總線和通過USB電纜連接的外置方式。

(4)輸出聲道數(shù)

聲卡所支持的聲道數(shù)也是聲卡技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一，它決定了聲卡的基本功能。通常有2聲道（即立體聲）、2.1聲道、4.1聲道、5.1聲道甚至7.1聲道等，多通道聲卡是營(yíng)造逼真音效環(huán)境的先決條件。單元音箱3有源音箱(內(nèi)含放大器)2普通音箱／耳機(jī)1●

輸入靈敏度

●

輸出功率音頻放大器電源line輸出端分頻器Speak輸出端●

2單元音箱高音中低音100Hz3000Hz12000Hz高音中音低音●

3單元音箱20Hz3000Hz12000Hz20000Hz教學(xué)進(jìn)程3.3.2音箱

教學(xué)進(jìn)程音箱的工作原理

多媒體電腦將其聲音文件通過電腦中的聲卡，將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬音頻信號(hào)再由其輸出口輸出，這時(shí)音頻信號(hào)電平較弱，一般只有幾百毫伏，還不能推動(dòng)喇叭正常工作。而推動(dòng)喇叭正常工作的電壓一般需要幾伏左右的信號(hào)電壓。這時(shí)就需要將聲卡輸出的小信號(hào)通過放大器（俗稱功放）加以放大。放大后的音頻信號(hào)就可以推動(dòng)喇叭將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)了。而現(xiàn)在最新推出的USB多媒體音箱則可以不需要聲卡，它通過電腦的USB接口輸出端引入數(shù)字音頻信號(hào)，然后USB多媒體音箱將此信號(hào)通過內(nèi)部專用的USBIC芯片轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)取代聲卡的功能。

教學(xué)進(jìn)程音箱的分類

按照材質(zhì)不用分：塑料音響和木質(zhì)音響按照功率放大器分：有源音箱和無源音箱按照接口：普通聲卡接口，數(shù)字接口，USB接口，IEEE1394接口按照聲道數(shù)分：多種類型教學(xué)進(jìn)程音箱的性能指標(biāo)

3(1)輸出功率

輸出功率是音箱最重要的指標(biāo)，輸出功率分為額定功率和最大峰值功率兩種。●額定功率是音箱諧波失真在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)變化時(shí)，音箱長(zhǎng)時(shí)間工作輸出功率的最大值?！褡畲蠓逯倒β适窃诓粨p壞音箱的前提下，瞬時(shí)功率的最大值。

(2)頻率范圍與頻率響應(yīng)

頻率范圍是指音箱最低有效回放頻率和最高有效回放頻率之間的范圍，單位為赫茲。

頻率響應(yīng)是指將一個(gè)以恒定電壓輸出的音頻信號(hào)與音箱系統(tǒng)相連接時(shí)，音箱產(chǎn)生的聲壓會(huì)隨頻率的變化而增大或衰減，相位也會(huì)隨頻率而發(fā)生變化。聲壓、相位與頻率變化的曲線分別叫做幅頻特性和相頻特性，合稱頻率特性。教學(xué)進(jìn)程(3)信噪比

信噪比是指音箱回放的有效信號(hào)與噪聲信號(hào)的比值，單位是分貝（dB）。信噪比越高越好。

(4)失真度

失真度分為諧波失真、互調(diào)失真和瞬態(tài)失真3種。

●諧波失真是指聲音回放中由于增加了原信號(hào)沒有的高次諧波成分而導(dǎo)致的失真；

●互調(diào)失真影響到的主要是聲音的音調(diào)方面；

●瞬態(tài)失真是因?yàn)閾P(yáng)聲器具有一定的慣性質(zhì)量，盆體的振動(dòng)無法跟上瞬間變化的電信號(hào)的振動(dòng)而導(dǎo)致的原信號(hào)與回放音色之間的差異。

教學(xué)進(jìn)程(5)靈敏度

靈敏度是指產(chǎn)生全功率輸出時(shí)的輸入信號(hào)。輸入信號(hào)越低，靈敏度越高，音箱性能就越好。音箱的靈敏度每差3dB，輸出的聲壓就相差一倍，一般84dB以下為低靈敏度，87dB為中靈敏度，90dB以上為高靈敏度。

(6)阻抗

阻抗是指揚(yáng)聲器輸入信號(hào)的電壓與電流的比值。音箱的輸入阻抗一般分為高阻抗和低阻抗兩種：高于16?的是高阻抗，低于8?的是低阻抗，音箱的標(biāo)準(zhǔn)阻抗是8?。在功放與輸出功率相同的情況下，低阻抗的音箱可以獲得較大的輸出功率，但阻抗太低又會(huì)造成欠阻尼和低音劣化等現(xiàn)象。

教學(xué)進(jìn)程3.4MIDI技術(shù)

3.4.1何謂MIDI技術(shù)

MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是音樂樂器數(shù)字接口。MIDI是一種技術(shù)規(guī)范，它定義了為把電子樂器連接到計(jì)算機(jī)所需要的電纜和端口的一種硬件標(biāo)準(zhǔn)，也定義了控制計(jì)算機(jī)和具有MIDI接口的設(shè)備之間進(jìn)行消息交換的一整套規(guī)則，包括電子樂器之間傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。MIDI（樂器數(shù)字接口）是數(shù)字音樂的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，任何電子樂器，只要有處理MIDI指令的微處理器，并有合適的硬件接口，都可以成為一個(gè)MIDI設(shè)備。MIDI的音樂符號(hào)化過程實(shí)際上就是產(chǎn)生MIDI協(xié)議信息的過程。它沒有波形聲音那種數(shù)字化采樣和編碼過程，而是將電子樂器鍵盤的彈奏過程記錄下來，作為某首樂譜的一種數(shù)字描述的MIDI消息。當(dāng)需要重新產(chǎn)生這首樂譜時(shí)，只需要從MIDI文件中讀出相應(yīng)的MIDI消息再通過音樂合成器生成音樂聲波，經(jīng)放大后由揚(yáng)聲器播出。

教學(xué)進(jìn)程3.4MIDI技術(shù)

MIDI有以下常用的術(shù)語（1）MIDI音樂合成器利用數(shù)字信號(hào)處理器或其他芯片來產(chǎn)生音樂或聲音的電子裝置。（2）MIDI消息或指令樂譜的一種記錄格式，相當(dāng)于樂譜語言。（3）MIDI接口

MIDI硬件通信協(xié)議。（4）MIDI通道共16個(gè)通道，其中1～10通道作擴(kuò)展合成器，13～16用作基本合成器（5）MIDI文件由控制數(shù)據(jù)和樂譜信息數(shù)據(jù)構(gòu)成。（6）音序器是為MIDI作曲而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序或電子裝置。教學(xué)進(jìn)程3.4MIDI技術(shù)

3.4.2MIDI聲音特點(diǎn)

1.存儲(chǔ)容量??；2.具有背景音樂或音響效果的配音功能；3.便于編輯和修改；4.可以在MIDI合成器中完全重現(xiàn)原來的演奏。根據(jù)MIDI的特點(diǎn)，在以下幾種情況下比較適合用MIDI譜曲：（1）需要播放長(zhǎng)時(shí)間的高質(zhì)量的音樂。（2）需要以音樂作背景音響效果，同時(shí)從CD一ROM裝載其他音樂文件。（3）需要以音樂作背景音響效果，同時(shí)播放波形音頻，以實(shí)現(xiàn)語音和音樂的同時(shí)輸出。教學(xué)進(jìn)程3.4.3MIDI規(guī)范

●

MIDI規(guī)范規(guī)定，每種MIDI裝置通常由一個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器組成，如果該裝置只作輸出端或輸入端，則可以省去其中之一。

●接收器可以接收MIDI格式的消息，并執(zhí)行MIDI命令；

●發(fā)送器可以生成符合MIDI格式的消息并向外發(fā)送。

●一個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器構(gòu)成一對(duì)MIDI消息輸入輸出組合，它們之間用一種通用的異步收發(fā)器互相連接，數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍芈蕿?125bps，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)（8位）前后各有一個(gè)起始位和停止位。●

MIDI設(shè)備的端口有三種：MIDIIn（輸入口）、MIDIOut（輸出口）和MIDIThru（傳送口）。

●

MIDI規(guī)范規(guī)定，MIDI鍵盤共有128個(gè)鍵。MIDI消息可以描述每個(gè)音符對(duì)應(yīng)的鍵號(hào)、按鍵持續(xù)時(shí)間、音量和力度等信息。

●

MIDI接收器有16個(gè)聲道（Channel），它們可以同時(shí)向聲音合成器傳送16路不同的聲音。教學(xué)進(jìn)程MIDI音樂的產(chǎn)生過程

MIDI電子樂器

MIDI接口音序器音樂合成器

MIDI文件揚(yáng)聲器

MIDI指令計(jì)算機(jī)音頻卡模擬音頻信號(hào)聲頻卡的MIDI音樂合成主要有兩種方法：①FM數(shù)字式頻率調(diào)制合成法。②波形表合成法。教學(xué)進(jìn)程MIDI作曲和核配器系統(tǒng)核心部分是一個(gè)被稱為序列器的軟件。這個(gè)軟件即可以裝到個(gè)人電腦里，也可做在一個(gè)專門的硬件里。序列器實(shí)際上是一個(gè)音樂詞處理器（wordporcessor），應(yīng)用它可以記錄、播放和編輯各種不同MIDI樂器演奏出的樂曲。序列器并不真正的記錄聲音，它只記錄和播放MIDI信息，這些信息從MIDI樂器來的電腦信息，就像印在紙上的樂譜一樣，它本身不能直接產(chǎn)生音樂，MIDI本身也不能產(chǎn)生音樂，但是它包含有如何產(chǎn)生音樂所需的所有指令，例如用什么樂器、奏什么音符、奏得多快，奏得力度多強(qiáng)等。

序列器可以是硬件，也可以是軟件，它們作用過程完全與專業(yè)錄音棚里多軌錄音機(jī)一樣，可以把許多獨(dú)立的聲音記錄在序列器里，其區(qū)別僅僅是序列器只記錄演奏時(shí)的MIDI數(shù)據(jù)，而不記錄聲音；它可以一軌一軌地進(jìn)行錄制，也可以一軌軌地進(jìn)行修改，當(dāng)你彈鍵盤音樂時(shí)，序列器記錄下從鍵盤來的MIDI數(shù)據(jù)。一旦把所需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來以后，可以播放你剛作好的曲子。如果你覺得這一聲部的曲子不錯(cuò)，可以把別的聲部加上去，新加上去的聲部播放時(shí)完全與第一道同步。

MIDI系統(tǒng)是如何工作的

教學(xué)進(jìn)程MIDI程序的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要將所要演奏的音樂或音樂曲目，按其進(jìn)行的節(jié)奏、速度、技術(shù)措施等要求，轉(zhuǎn)換成MIDI控制語言，以便在這些MIDI指令的控制之下，各種音源在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)上，以指定的音色、時(shí)值、強(qiáng)度等、演奏出需要的音響。在錄音系統(tǒng)中，還要控制記錄下這些音響。MIDI所適應(yīng)的范圍只是電聲樂曲或模擬其他樂器的樂曲。

MIDI技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用，大大降低了樂曲的創(chuàng)作成本，節(jié)省了大量樂隊(duì)演奏員的各項(xiàng)開支，縮短了在錄音棚的工作時(shí)間，提高了工作效率。一整臺(tái)電視文藝晚會(huì)的作曲、配器、錄音，只需要一位音樂編導(dǎo)、一位錄音師即可將器樂作（編）曲、配器、演奏，錄音工作全部完成。

教學(xué)進(jìn)程3.4.4MIDI合成方式

（了解）

調(diào)頻合成法

1

調(diào)頻合成法又稱FM（FrequencyModulation）合成法，它是早期的電子合成樂器所采用的發(fā)音方式，后來由Yamaha公司將它應(yīng)用到PC的聲卡中。波形表合成法

2

波形表合成法又稱WT（WaveTable）合成法，其原理是在MIDI合成器的ROM中預(yù)先存有各種實(shí)際樂器的聲音樣本。在進(jìn)行音樂合成時(shí)，合成器以查表的方式調(diào)用這些樣本，使其與MIDI音樂信息的要求完全相配，然后合成器將這些分段合成的樣本送至揚(yáng)聲器播放。3.4.5MIDI音樂制作系統(tǒng)

構(gòu)建MIDI音樂制作系統(tǒng)一般需要3種基本設(shè)備，即音源、音序器和MIDI輸入設(shè)備。

教學(xué)進(jìn)程3.4.6常用MIDI音樂制作軟件

教學(xué)進(jìn)程Cakewalk8.0

1

Cakewalk是一個(gè)最為人們熟知的音序器軟件，硬件音序器瀕臨淘汰的邊緣很大程度上是由于它的出現(xiàn)。它是MIDI音樂制作中最容易上手的軟件之一。從4.0版起，Cakewalk加入了音頻處理功能，使它從一個(gè)單純的音序器軟件走向一個(gè)專業(yè)的MIDI和音頻工作站。Ca